善用锂电池随用随充的特性.doc

善用锂电池随用随充的特性本文由chuan4110贡献 doc文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 善用锂电池随用随充的特性 01.认识记忆效应 02.电池需要激活吗 03.前三次要充12小时吗 04.充电电池有最佳状态吗 05.真的是充电电流越大,充电越快吗 06.直充标的输出电流就等于充电电流吗 07.循环充放电一次就是少一次寿命吗 08.电池容量越高越好吗 09.充饱的电池进行存储好吗 10.座充的绿灯亮了以后在多充一个小时有用吗 11.座充充电比直充饱吗 01.认识记忆效应 电池记忆效应是指电池的可逆失效,即电池失效后可重新回复的性能.记忆效应 是指电池长时间经受特定的工作循环后,自动保持这一特定的倾向.这个最早定 义在镍镉电池,镍镉的袋式电池不存在记忆效应,烧结式电池有记忆效应.而现在 的镍金属氢(俗称镍氢)电池不受这个记忆效应定义的约束. 因为现代镍镉电池工艺的改进,上述的记忆效应已经大幅度的降低,而另外一种 现象替换了这个定义,就是镍基电池的晶格化 .通常情况,镍镉电池受这两种 效应的综合影响,而镍氢电池则只受晶格化记忆效应的影响,而且影响较镍镉 电池的为小. 在实际应用中,消除记忆效应的方法有严格的规范和一个操作流程.操作不当会 适得其反. 对于镍镉电池,正常的维护是定期深放电:平均每使用一个月(或 30 次循环)进行 一次深放电(放电到 1.0V/每节,老外称之为 exercise),平常使用是尽量用光电 池或用到关机等手段可以缓解记忆效应的形成,但这个不是 exercise,因为仪器 (如手机)是不会用到 1.0V/每节才关机的,必须要专门的设备或线路来完成这项 工作,幸好许多镍氢电池的充电器都带有这个功能. 对于长期没有进行 exercise 的镍镉电池,会因为记忆效应的累计,无法用 exerci se 进行容量回复,这时则需要更深的放电(老外称 recondition),这是一种用很 小的电流长时间对电池放电到 0.4V 每节的一个过程,需要专业的设备进行. 对于镍氢电池,exercise 进行的频率大概每三个月一次即可有效的缓解记忆效 应.因为镍氢电池的循环寿命远远低于镍镉电池,几乎用不到 recondition 这个 方法. 建议 1:每次充电以前对电池放电是没有必要,而且是有害的,因为电池的使用 寿命无谓的减短了. 建议 2:用一个电阻接电池的正负极进行放电是不可取的,电流没法控制,容易 过放到 0V,甚至导致串联电池组的电池极性反转. 02.电池需要激活吗 回答是电池需要激活,但这不是用户的要做的事.我参观过锂离子电池的生产厂, 锂离子电池在出厂以前要经过如下过程: 锂离子电池壳灌输电解液封口化成,就是恒压充电,然后放电,如此进行 几个循环,使电极充分浸润电解液,充分活化,以容量达到要求为止,这个就是激 活过程分容,就是测试电池的容量选取不同性能(容量)的电池进行归类,划分 电池的等级,进行容量匹配等.这样出来的锂离子电池到用户手上已经是激活过 的了.我们大家常用的镍镉电池和镍氢电池也是如此化成激活以后才出厂的.其 中有些电池的激活过程需要电池处于开口状态,激活以后再封口,这个工序也只 可能有电芯生产厂家来完成了. 这里存在一个问题,就是电池厂出厂的电池到用户手上,这个时间有时会很长,短 则 1 个月,长则半年,这个时候,因为电池电极材料会钝化,所以厂家建议初次使 用的电池最好进行 35 次完全充放过程,以便消除电极材料的钝化,达到最大容 量. 在 2001 年颁布的三个关于镍氢.镍镉和锂离子电池的国标中,其初始容量的检测 均有明确规定,对电池可以进行 5 次深充深放,当有一次符合规定时,试验即可停 止.这很好的解释了我说的这个现象. 那么称之为第二次激活也是可以的,用户初次使用的新电池尽量进行 几次深充放循环. 然而据我的测试(针对锂离子电池),存储期在 13 个月之内的锂离子电池, 对 它进行深充深放的循环处理,其容量提高现象几乎不存在.(我在专题讨论区有关 于电池激活的测试报告) 03.前三次要充12小时吗 这个问题是紧扣上面的电池激活问题的,姑且设出厂的电池到用户手上有电极钝 化现象,为了激活电池进行深充深放电循环 3 次.其实这个问题转化为深充是不 是就是要充 12 个小时的问题.那么我的另一片文章论手机电池的充电时间已 经回答了这个问题. 答案是不需要充12小时. 早期的手机镍氢电池因为需要补充和涓流充电过程,要达到最完美的充饱状态, 可能需要 5 个小时左右,但是也是不需要 12 个小时的.而锂离子电池的恒流恒压 充电特性更是决定了它的深充电时间无需 12 个小时. 对于锂离子电池有人会问,既然恒压阶段锂离子电池的电流逐渐减小,是不是当 电流小到无穷小的时候才是真正的深充.我曾经画出恒压阶段电流减小对时间的 曲线,对它进行多次曲线拟合,发现这个曲线可以用 1/x 的函数方式接近与零电 流,实际测试时因为锂离子电池本身存在的自放电现象,这个零电流是永远不可 能到达的. 以 600mAh 的电池为例,设置截至电流为 0.01C(即 6mA),它的 1C 充电时间不超过 150 分钟,那么设置截至电流为 0.001C(即 0.6mA),它的充电时间可能为 10 小时-这个因为仪器精度的问题,已经无法精确获得,但是从 0.01C 到 0.001C 获的容 量经计算仅为 1.7mAh,以多用的 7 个多小时来换取这仅仅的千分之三不到的容量 是没有任何实际意义的. 何况,还有其它的充电方式,比如脉冲充电方式使锂离子电池来达到 4.2V 的限制 电压,它根本没有截止最小电流判断阶段,一般 150 分钟后它就是 100%充饱了.许 多手机都是用脉冲充电方式的. 有人曾经用手机显示充饱后,再用座充进行充电来确认手机的充饱程度,这个测 试方法欠严谨. 首先座充显示绿灯不是检测真正充饱与否的一个依据. 检测锂离子电池充饱与否的唯一最终的方法就是测试在不充电(也不放电) 状态时的锂离子电池的电压. 所谓恒压阶段电流减小其真正的目的就是逐渐减小在电池内阻上因充电电流而 产生的附加电压,当电流小到 0.01C,比如 6mA,这个电流乘与电池内阻(一般在 20 0 毫欧之内)仅为 1mV,可以认为这时的电压就是无电流状态的电池电压. 其次,手机的基准电压不一定等于座充的基准电压,手机认为充饱的电池到了座 充上,座充却不认为已经充饱,却继续进行充电. 04.充电电池有最佳状态吗 有一种说法就是,充电电池使用得当,会在某一段循环范围出现最佳的状态,就 是容量最大.这个要分情况,密封的镍氢电池和镍镉电池,如果使用得当(比如 定期的维护,防止记忆效应的产生和累计) ,一般会在100200个循环处 达到其容量的最大值,比如出厂容量为 1000mAh 的镍氢电池用了 120 次循环后, 其容量有可能达到 1100mAh.几乎所有的日*本镍氢电池生产商的技术规格书中 描述镍基电池的循环特性的图上我都能看到这样的描述. 镍基电池有最佳状态,一般在 100200 循环次数之间达到其最大容量 对于液态锂离子电池,却根本不存在这样一个循环容量的驼峰现象,从锂离子电 池出厂到最终电池报废为止,其容量的表现就是用一次少一次.我在对锂离子电 池做循环性能的时候也从来没有看到过有容量回升的迹象. 锂离子电池没有最佳状态. 值得一提的是,锂离子电池更容易受环境温度的变化而表现不同的性能,在 254 0 度的环境温度会表现其最好性能,而低温或高温状态,他的性能就大打折扣了. 要使你的锂离子电池充分展现它的容量,一定要细心的注意使用环境,防止高低 温现象,比如手机放在汽车的前台上,中午的太阳直射很容易就可以使其超过 60 度,北方的用户的电池待机时间,同等网络情况下,就没有南方的用户长了. 05.真的是充电电流越大,充电越快吗 论手机电池的充电时间一文中已经讲了这个问题,对于恒流充电的镍基电 池,可以这么说,而对应锂离子电池,这个是不完全正确的. 对于锂离子电池的充电, 在一定电流范围内(1.5C0.5C),提高恒流恒压充电 方式的恒流电流值,并不能缩短充饱锂离子电池的时间. 06.直充标的输出电流就等于充电电流吗 这就要讨论手机的充电方式了,对于充电管理在手机里面的,设定同样一个直充 (实际应称为电源适配器)的输出如:5.3V 600mA size=+0A.充电管理是开关方 式(高频脉宽调整 PWM 方式),这个充电方式,手机并没有完全利用直充的输出能 力,直充工作在恒压段,输出 5.3V,此时真正的充电电流由手机的充电管理进行 调整,而且肯定要小于 600mA,一般在 300400mA.这个时候,大家看到的直充的输 出电流就不是手机的充电电流.比如 motorola 的许多直充其输出为 5.0V 1A,真 正对电池充电的也就用到了 500mA 足矣,因为手机的电池容量也不过 580mAh. 这时直充上标的输出电流就不等于实际充电电流 B.充电管理为脉冲方式的,这个充电方式,手机完全利用了直充的限流电流,就是 用了 600mA 在电池上,这个时候,直充的输出电流就是充电电流了. 当然以上的都是指在锂离子电池的恒流阶段或镍氢电池的充电而言. 如果手机没有充电管理,把充电的管理移到了直充上,比如许多的 CDMA 手机都是 如此,这个就没什么好说的,它的输出写的很明白,比如输出:4.2V 500mA,这个就 是锂离子电池恒流恒压两个数据了 07.循环充放电一次就是少一次寿命吗 循环就是使用,我们是在使用电池,关心的是使用的时间,为了衡量充电电池的到 底可以使用多长时间这样一个性能,就规定了循环次数的定义.实际的用户使用 千变万化,因为条件不同的试验是没有可比性的,要有比较就必须规范循环寿命 的定义. 国标如是规定锂离子电池的循环寿命测试条件及要求:在 25 度室温条件下以恒 流恒压方式 1C 的充电制度充电 150 分钟,以恒流 1C 的放电制度放电到 2.75V 截 止为一次循环.当有一次放电时间小于 36 分钟时试验结束,循环次数必须大于 30 0 次. 解释: A.这个定义规定了循环寿命的测试是以深充深放方式进行的 B.规定了循环寿命按照这个模式执行后必须超过 300 次以后容量仍然有 60%以上 实际上,不同的循环制度得到的循环次数是截然不同的,比如以上其它的条件不 变,仅仅把 4.2V 的恒压电压改为 4.1V 的恒压电压对同一个型号的电池进行循环 寿命测试,这样这个电池就已经不是深充方式了,最后测试得到循环寿命次数可 以提高近 60%.那么如果把截止电压提高到 3.9V 进行测试,其循环次数应该可以 增加数倍. 这个关于循环一次就少一次寿命的说法已经有许多友人进行了讨论,我只是补充 说明一下而已,大家在谈论循环次数的时候不能忽视循环的条件, 抛开规则谈论循环次数是没有任何意义的,因为循环次数是检测电池寿命的手 段,而不是目的! 误区:许多人喜欢把手机锂离子电池用到自动关机再充电.这个完全没有必要. 实际上,用户不可能按照国标测试模式对电池进行使用,没有一个手机会在 2.75 V 才关机,而其放电模式也不是大电流恒流放电,而是 GSM 的脉冲放电和平时的小 电流放电混合的方式. 有另外一种关于循环寿命的衡量方法,就是时间.有专家提出一般民用的锂离子 电池的寿命是 23 年,结合实际的情况,比如以 60%的容量为寿命的终止,加上锂 离子电池的时效作用(参考第9点),用时间来表述循环寿命我认为更为合理. 铅蓄电池的充电机理就类似与锂离子电池,是限流限压方式,使用的方式就是浅 充浅放,他的寿命表述就是时间,没有次数,比如 10 年. 所以,对于锂离子电池,没有必要用到关机再充电,锂离子电池本来就适合 用随时充电的方式进行使用,这也是他针对镍氢电池的最大优势之一,请大家善 加利用这个特性. 08.电池容量越高越好吗 不同型号(特别是不同体积)的电池,他的容量越高,提供使用的时间越长.抛开体 积和重量的因素,当然容量越高越好. 但是同样的电池型号,标称容量(比如 600mAh)也相同,实际测的初始容量不同: 比如一个为 660mAh,另一个是 605mAh,那么 660mAh 的就比 605mAh 的好吗. 实际情况可能是容量高的是因为电极材料中多了增加初始容量的东西,而减少了 电极稳定用的东西,其结果就是循环使用几十次以后,容量高的电池迅速容量衰 竭,而容量低的电池却依然坚挺.许多国内的电芯厂家往往以这个方式来获得高 容量的电池.而用户使用半年以后待机时间却是差得一塌糊涂. 民用的那些 AA 镍氢电池(就是五号电池),一般是 1400mAh,却也有标超高容量的 (1600mAh),道理也是一样. 提高容量的代价就是牺牲循环寿命,厂家不在电池材料的改性上下文章,是不 可能真正提高电池容量的. 09.充饱的电池进行存储好吗 锂离子电池有一个特性非常不好,就是锂离子电池的时效(或称老化,老外称为 a ging),就是锂离子电池在存储一段时间后,即使不进行循环使用,其部分容量也 会永久的丧失,这是因为锂离子电池的正负极材料从一出厂就已经开始了它的衰 竭历程.不同的温度和电池充饱状态,其时效后果不同,以下数据摘自参考文献 1,以容量的百分比形式列出: 存储温度-40%充电状态100%充电状态 0 度98%(一年以后)94%(一年以后) 25 度96%(一年以后)80%(一年以后) 40 度85%(一年以后)65%(一年以后) 60 度75%(一年以后)60%(3 个月以后) 由此可见,存储温度越高和电池充的越饱,其容量损失就越厉害.所以不推荐长期 的保存锂离子电池,反之,厂家应该象对待腐烂的食物一样将其回收.用户要密切 留意电池的生产日期. 如果用户手中有闲置的电池,那么专家推荐的存储条件为充电水平是 40%,存 储温度低于 15 度或更低. 而镍氢电池和镍镉电池则几乎不受这个时效作用,长期存储的镍基电池在进行几 个深充深放以后就可以恢复其原始容量了. 10.座充的绿灯亮了以后在多充一个小时有用吗 绿灯只是一个指示,真正充饱与否在于座充对电池充电过程的控制和判断.以 4. 2V 的锂离子电池为例讨论这个问题. 首先是控制,控制对电池的输出是先恒流,后恒压(电流逐渐减小). 然后是判断,判断电流小于某个电流值时,显示绿灯,因为模数转换的精度和本身 的电压精度是受限制的,座充通常设定这个电流值为 50mA,此时显示绿灯,那么 电池确实离它真正的充饱还有 10%不到(据我所测,现在的锂离子电池以 50mA 截 止充电的话,其容量已经可以达到 95%,充电接受能力大大提高).现在的问题是 座充接下去在干什么: A.如果接下去,座充彻底关断充电回路,没有继续进行恒压充电,那么在座充上再 放置 10 个小时也是于事无补.许